“電導法測定碳酸鋇的溶解度”實驗數據處理程序的研發*

王松濤，李 靜，張 婷，任慶云，郭 露，孟波波

(集寧師范學院化學與化工學院，內蒙古 烏蘭察布 012000)

世界上第一臺電子計算機ENIAC于1946年誕生于美國，當時其主要用在計算導彈的彈道方面。20世紀50年代，由于電子計算機有較大的體積，制作計算機的造價高等多種原因，其主要應用在軍事部門和大型科研機構，1958年平面率導體集成電路的橫空出世催生了新生的微電子技術，很大地推動了計算機元器件集成等工藝技術的發展[1]。隨著計算機的結構不斷微型化，第一臺個人計算機于1982年誕生。自此之后，計算機的應用由軍事部門、科研機構逐步轉入向普通企業和家庭，其應用也由單一的軍事需求向多元化發展。從世界上第一臺計算機出現一直到現在，其經過很長時間的發展，時至今日，計算機的外形和核心技術方面都有很大的創新，其主要包括在運行速度、性能優化、體積縮小以及應用前景開發等幾個方面的發展。現在計算機無論是在軍事領域、教育領域還是在商業領域都很大程度滿足了不同人的需求。

科學技術是第一生產力，日新月異的計算機技術在潛移默化的影響著人類的生活生產方式，就拿在教學方面來說，計算機在課堂上的出現，逐步擺脫了傳統的“教師—黑板—教科書—學生”的教學模式。無論是對于教師還是學生都有一定的好處[2]。計算機技術逐步成為社會的重要生產力，并且在人類社會發展過程中有著舉足輕重的地位，在計算機與日常生活、科技、教育、軍事等諸多方面都有很好的體現。

Visual Basic是微軟公司推出的可視化編程工具MSDN之一，是目前全國上使用最廣泛的程序開發工具。Visual Basic是首批采用事件驅動編程機制的計算機語言之一，它是在BASIC語言的基礎上發展起來，至今包含了數百條語句、函數及關鍵詞。其程序編程完成后，可以直接編譯生成可執行文件(EXE)，脫離Visual Basic環境，直接在Windows環境下運行的一種可視化、面向對象和采用事件驅動方式的結構化的高級程序設計語言，可用于開發Windows環境下的各類應用程序。同時為用戶提供了一個直觀、圖形豐富的工作環境。它簡單易學、效率高、功能強大。專業人員可以用Visual Basic實現其他任何Windows編程語言的功能，而初學者只要掌握幾個關鍵詞就可以建立使用前的應用程序[3-7]。

Visual Basic語言是計算機最廣泛使用的語言之一，它與教學的研究十分緊密，尤其是在一些計算復雜的教學實驗中，利用Visual Basic語言編寫程序，在一定程度上節約了時間，使研究者更及時、更便捷的得到真實的、精準的實驗數據。在物理化學實驗教學中，人工處理起來較復雜的繁冗的數據使用計算機處理，以提高物理化學教學的現代化、科學化程度。由王桂香和韓恩山撰寫的“Visual Basic語言編程物理化學實驗數據處理程序的實踐”一文中就以液體飽和蒸汽壓的測定為例進行了闡述，利用Visual Basic語言和最小二乘法結合，設計出實驗數據處理程序，使處理的結果精準，做出來的圖像更清晰，美觀，并能打印出數據結果和圖形[8]。另外由任慶云、王松濤等[9]撰寫的“鋼中錳含量的測定實驗的數據處理方法”一文中，同樣也是采用Visual Basic 6.0語言結合最小二乘法直線擬合方法開發了“鋼中錳含量的測定”實驗的數據處理軟件，同樣設計出程序能夠得到科學準確的數據處理結果，并能打印出圖形。此類論文研究還有很多，他們的實驗，為本文實驗設計提供了理論方法和實驗基礎。

碳酸鋇又叫沉淀碳酸鋇、毒重石、納米碳酸鋇、高純碳酸鋇、碳酸鋇礦等。碳酸鋇是重要的無機化工產品之一，我國碳酸鋇的生產主要采用碳化法、復分解法和毒重石法。碳酸鋇儲存于陰涼、通風的庫房，遠離火種、熱源，包裝密封，應與酸類、食用化學品分開存放，不能混儲。其大體上可分為粉狀碳酸鋇、粒狀碳酸鋇(俗稱粒鋇)和具有特殊用途的高純碳酸鋇[10]。碳酸鋇廣泛應用于顯像管、橡膠、焊條、水處理蓄電池、油漆、光學玻璃、顏料、電容器、陶瓷、涂料、高層建筑用磚及其鋇鹽制造等行業。近幾年隨著科技不斷地進步與發展，碳酸鋇的應用越來越廣泛，國內汽車、建筑業的發展及家電行業的繁榮，使得人們對磁性材料、無線電元件及工業衛生陶瓷的需求不斷增長，因此對碳酸鋇的需求量也有所增長。而對于國外的一些碳酸鋇生產國如日本、美國、德國來說，由于其國家的礦脈枯竭、能源費用上漲、環境污染等因素，碳酸鋇產量逐年下降，因此碳酸鋇的數量越來越不能滿足其生產研究的需要，這就使得越來越多的外國企業不斷和我國碳酸鋇企業合資建廠[11]，這就意味著碳酸鋇市場將出現一個新的消費高峰。人們關于碳酸鋇的研究大多集中在生產和用途方面[12]，有關有關其溶解度方面的研究不多。

本文充分將化學學科和計算機技術的緊密融合，采用實驗方法電導法測定碳酸鋇的溶解度實驗數據，采用Visual Basic 6.0語言進行計算機程序研發，從而可以快速處理該實驗的實驗數據，節約教師和學生大量的計算時間，有效地輔助教學，為教學評價提供可靠的依據。

1 電導法測定碳酸鋇的溶解度實驗原理

碳酸鈉溶液和氯化鋇溶液混合，可以得到碳酸鋇溶液。

Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl

本實驗測定碳酸鋇的溶解度。直接用電導率儀測定碳酸鋇飽和溶液的電導率k(溶液)和配制溶液所用水的電導率k(水)。因溶液極稀，難溶鹽的電導率較小，故水的電導率不能被忽略，因此，難溶鹽的電導率為：

k(BaCO3)=k(溶液)-k(水)

式中c是難溶鹽的飽和溶液的濃度。

碳酸鋇的溶解度的計算：在溶液中，由于溶液極稀，溶液的質量近似等于溶劑水的質量，已知水在各個溫度下的密度，則可計算出碳酸鋇在各個溫度下的質量摩爾濃度，質量摩爾濃度乘以摩爾質量就是碳酸鋇在這個溫度下的溶解度[14]。

2 “電導法測定碳酸鋇的溶解度”實驗數據處理程序

2.1 程序的使用說明

用戶首先打開程序，進入程序主界面(如圖1所示)，其次需要選擇實驗的條件，是某一溫度下還是多個溫度下測定碳酸鋇的溶解度，如若實驗條件是在某一溫度下，則選擇相對應的按鈕，進入“電導法測定碳酸鋇溶解度(某一溫度下)”實驗數據處理程序界面，按順序輸入實驗數據(如圖2所示)。按“計算”按鈕，可得到數據計算結果(如圖3所示)，再可單擊“打印”菜單可打印出計算結果。如若實驗條件是多個溫度下，選擇相對應的按鈕，進入“電導法測定碳酸鋇溶解度(多個溫度下)”實驗數據處理程序界面，按順序輸入實驗數據(如圖4所示)，分別按“計算”按鈕和“繪圖”按鈕，可得到實驗數據結果(如圖5所示)和相應的圖形(如圖6所示)，再分別單擊“打印”菜單可打印出計算結果和圖形。

圖1 程序主界面Fig.1 Program main interface

圖2 (某一溫度下)輸入數據界面Fig.2 Data input interface at a certain temperature

圖3 (某一溫度下)實驗數據處理結果界面Fig.3 Data computing interface at a certain temperature

圖4 (多個溫度下)數據輸入界面Fig.4 Data input interface at multiple temperatures

圖5 (多個溫度下)實驗數據處理結果界面Fig.5 Data computing interface at multiple temperature

圖6 (多個溫度下)數據處理結果圖形界面Fig.6 Graphical interface at multiple temperature

2.2 程序源代碼

“電導法測定碳酸鋇的溶解度”實驗數據處理程序的主要程序源代碼如下:

Private Sub Command1_Click() ′ 程序選擇界面

If Option1 Then ′ 選擇單選按鈕1，窗體2顯示

Form2.Show

End If

If Option2 Then ′ 選擇單選按鈕Optin2，窗體4顯示

Form4.Show

End If

End Sub

Private Sub Command2_Click() ′ 單擊退出按鈕

Unload Me ′ 卸載當前窗體

End ′ 程序結束

End Sub

Dim sm(10)， sdda(10)， sddb(10)， sddc(10)， sddd(10)， sdde(10)， rdda(10)， rddb(10)， rddc(10)， rddd(10)， rdde(10)， sddp(10)， rddp(10)， yd(10)， yds(10)， c(10)， rjd(10)， ksp(10)， wd(10)， y(10) ′ 定義數組

Dim n As Integer ′ 定義變量長整型

Private Static Sub jtd1() ′ 定義子程序jtd1()

Text1.Text =“” ′ 將文本框Text1的Text屬性賦值為空值

…

End Sub

…

Private Sub Command3_Click() ′ 單擊清除按鈕，清除各文本框內容

Call jtd1 ′ 調用子程序jtd1()

Call jtd2

End Sub

…

Private Sub Form_Load() ′ 窗體初始化

Call jtd1

Call jtd2

End Sub

…

Private Sub Command1_Click() ′ 計算實驗數據部分程序代碼

Form5.Cls ′ Form5窗體清除

Form5.Show ′ Form5窗體顯示

Form4.Hide ′ Form4窗體隱藏

cl=Chr$(13)+Chr(10) ′ 回車

cs=Val(Text8.Text) ′ 將電極常數文本框Text8的Text屬性賦給變量cs

lc=Val(Text7.Text) ′ 將量程文本框Text7的Text屬性賦給變量lc

sm(1)=Val(Text10.Text) ′ 將水的密度文本框Text10的Text屬性賦給變量sm(1)

sdda(1)=Val(Text15.Text)

′將水的電導率讀值文本框Text15的Text屬性賦給變量sdda(1)

sddb(1)=Val(Text18.Text)

sddc(1)=Val(Text21.Text)

sddd(1)=Val(Text24.Text)

sdde(1)=Val(Text27.Text)

rdda(1)=Val(Text30.Text)

′將溶液的電導率讀值文本框Text30的Text屬性賦給變量rdda(1)

rddb(1)=Val(Text33.Text)

rddc(1)=Val(Text36.Text)

rddd(1)=Val(Text39.Text)

rdde(1)=Val(Text42.Text)

m=Val(Text9.Text)

…

sddp(1)=(sdda(1)+sdda(2)+sdda(3))/3 ′ 計算水溶液電導率的平均值

rddp(1)=(rdda(1)+rdda(2)+rdda(3))/3 ′ 計算溶液電導率的平均值

n=5

For i=1 To n

yd(i)=rddp(i)-sddp(i) ′ 計算鹽的電導率讀值

yds(i)=yd(i) * lc/cs ′ 計算鹽的電導率實際值

c(i)=yds(i)/m ′ 計算碳酸鋇飽和溶液的濃度

ksp(i)=c(i) * c(i)/1000000 ′ 計算碳酸鋇的溶度積

rjd(i)=197 * c(i)/(sm(i) * 1000000) ′ 計算碳酸鋇的溶解度

Next i

Private Sub Command2_Click() ′ 作圖程序代碼

Form6.Cls

Form6.Show

Form5.Hide

Form4.Hide

…

wd(1)=20：wd(2)=25：wd(3)=30：wd(4)=35：wd(5)=40 ′ 確定橫坐標溫度

y(1)=rjd(1)：y(2)=rjd(2)：y(3)=rjd(3)：y(4)=rjd(4)：y(5)=rjd(5)

′ 確定縱坐標溶解度

For i=1 To n

Form6.Circle (wd(i)， y(i))， 0.05：Form6.Circle (wd(i)， y(i))， 0.5

′ 在窗體Form6上，以(wd(i)， y(i))和(wd(i)， y(i))為圓心做半徑不同的同心圓

Next i

End Sub

Private Sub 數據_Click() ′ 單擊“數據”菜單，返回數據處理主界面

Form4.Show

Form5.Hide

Form6.Hide

End Sub

Private Sub 打印_Click() ′ 單擊“打印”菜單程序代碼

Form6.Show

Form4.Hide

Form5.Hide

Form6.PrintForm ′ 打印輸出窗體Form6

End Sub

3 結 論

利用Visual Basic 6.0語言編程開發的“電導法測定碳酸鋇的溶解度”在不同溫度下實驗數據處理程序，編程出能把復雜，繁冗的計算過程利用計算機轉換為簡單、快捷、精準的數據處理程序，與此同時還能得到美觀的圖形，并能打印。同時編程出的程序能脫VB源程序獨立運行。現如今計算機的發展越來越繁榮，與學科教學的聯系越來越緊密，編程出的程序，能更好的應用于教學和研究中，能夠有效提高教學和研究的質量和效率。